メタノール 毎週のテーマ メタノール製造の反応圧力は最適にはどれくらいか？なぜですか？2015.12.21--12.27
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メタノール 週間テーマ メタノール製造の反応圧力は最適にはどれくらいか？なぜですか？2015.12.21--12.27
低圧合成では一般的に50キログラムが最適であり、化学平衡および動力学的観点から見ると、圧力を上げることで反応の進行が速くなる。しかし、圧力を上げることは副反応の進行にも寄与し、これらの副反応が起こる際の反応前後の気体体積の収縮度は、メタノール合成反応よりもさらに顕著である。副反応が増加し、パラフィンやエーテル類の物質が生成されて触媒表面を覆い、触媒の微細な孔や隙間を塞ぎ、その結果触媒の活性が低下する。対策：圧力を安定させ、操作圧力の変動をできるだけ少なくする。 合成システムでは、生産負荷が一定の状況下で、合成触媒層の温度（ドライヤー圧力を制御することによって調整）、ガス組成（排出量の大きさによって制御）、空速、凝縮温度などがすべて合成システムの圧力変動を引き起こすため、運転時には正確に判断し、迅速に調整して、プロセスが所定の範囲内で行われるようにしなければならない。 合成条件が変化し、系内圧力が上昇した場合は、生産負荷を適宜低下させることができる；正常な生産を維持するため、合成システムの圧力が過剰に上昇しないように制御する。システムの減量時には、循環量を適時調整し、合成システムの各制御温度点が目標範囲内にあるように管理する必要があります。 圧力を調整する際は、必ずゆっくりと行い、合成塔の層温度が正常であることを確認しなければならない。一般的な圧力の上昇・下降速度は、≤0.4MPa/minに制御できる。 しかし、合成圧力は前段システムの圧力と副生蒸気の圧力に依存し、必ずしも50キログラムに制御する必要はなく、また触媒の使用サイクルや不活性ガスの排出量にも関連しているため、総合的に考慮すべきである。
私たちは5MPAで、圧力が高いほど正の反応に有利です
メタノール反応は分子数が減少する反応であり、圧力を上げることは正反応に有利である。圧力が上昇すると成分の分圧が高まり、それに伴って触媒の生産強度も上昇する。合成塔の運転において、圧力の制御は触媒の段階や触媒活性の違いに応じて適切に調整される。触媒の使用初期では活性が高いため、運転圧力を低く設定できる；触媒の使用後期には活性が低下するため、一定の生産強度を維持するために高い操作圧力が用いられることが多い。要するに、操作圧力の選定は、触媒の活性、ガス組成、反応器の熱バランス、システムのエネルギー消費など、具体的な状況に応じて決定されなければならない。
一般的には3.5～10メガパスカルの圧力であれば問題ないとされている。平衡定数から見ると、平衡定数が大きければ有効な気体分圧も大きくなり、そのため反応を低圧で行う場合は気体の純度を高く保つ必要がある。一方、高圧の場合はある程度の不純物が混在しても問題ない。 低圧合成では、5～6メガパスカルの合成が選ばれるのは、コンプレッサーや工程の組み合わせによって決まるからです。大規模合成では、8.5テラパスカル前後の圧力での合成が、投資と運用の経済性を考慮して決定されることが多い。
一般的には3.5～10メガパスカルの圧力であれば問題ないとされている。平衡定数から見ると、平衡定数が大きければ有効な気体分圧も大きくなり、そのため反応を低圧で行う場合は気体の純度を高く保つ必要がある。一方、高圧の場合はある程度の不純物が混在しても問題ない。 低圧合成では、5～6メガパスカルの合成が選ばれるのは、コンプレッサーや工程の組み合わせによって決まるからです。大規模合成では、8.5テラパスカル前後の圧力での合成が、投資と運用の経済性を考慮して決定されることが多い。
上流の気化炉の設計圧力範囲によると、圧力は高いほど良い。
5Mpaは一般ユーザーがよく使用する値で、この点で経済的です。圧力を高めることは正の反応に寄与するが、より良い効果を得るためには負の評価も行う必要がある。
この圧力の制御は、一般的に触媒メーカーが提供するデータや設計された工程パラメータに基づいて行われます。実際の運用過程においては、最適な値を見つけ出すための試行錯誤が必要です。例えば当社では、現在触媒が寿命の終わりに差し掛かっており、合成負荷は60％強に過ぎません。工程の設計圧力は8.3Mpaですが、このような状況下では6.1MPaで制御するのがちょうど良く、副生成物も比較的少なく、生産量も高くなります。圧力が高すぎたり低すぎたりすると、生産量は低下します。